Odkud se bere CO2 v přírodě a jaký má vliv na klima?

Skleníkový jev jste pravděpodobně poprvé zaznamenali ve školních učebnicích. Málokdo z nás ale přesně tuší, jak tento efekt vzniká. Skleníkový efekt je přirozeným jevem už od samého vzniku Země. Bez tohoto procesu by život na naší planetě nebyl možný, protože teplota by se pohybovala kolem -18 °C. Atmosféra propouští sluneční záření k zemskému povrchu, ale tepelné záření o větších vlnových délkách, které je z povrchu vyzařované, absorbuje a zabraňuje tak zpětnému úniku.

V souvislosti s globálním oteplováním se hovoří především o tzv. antropogenním příspěvku ke skleníkovému efektu, který je způsobený lidskou činností. K jeho vzniku přispívají tzv. skleníkové plyny vypouštěné do ovzduší.

Skleníkové plyny

Skleníkové plyny jsou plyny v atmosféře, které absorbují infračervené záření. Hlavním přírodním skleníkovým plynem je vodní pára. Lidstvo přispívá ke skleníkovému efektu emisemi oxidu uhličitého, methanu, halogenovaných uhlovodíků (plyny obsahující fluor, chlor a brom), oxidů dusíku a emisemi způsobenými změnami v koncentracích troposférického a stratosférického ozonu. Tyto plyny setrvávají v atmosféře desítky a v některých případech až tisíce let.

Pojďme se podívat na jednotlivé plyny:

• Vodní pára se na skleníkovém efektu podílí v rozsahu 36-70 % podle toho, kolik je vodní páry v atmosféře. Její maximální množství v atmosféře roste s teplotou. Vodní pára je jediný skleníkový plyn, jehož množství v atmosféře je fyzikálně omezeno (pokud je jí v atmosféře hodně, tak zkondenzuje ve formě deště).
• Oxid uhličitý (CO2) vzniká přirozeně, např. dýcháním rostlin a živočichů či hořením lesů a antropogenně (vlivem člověka), např. spalováním fosilních paliv a výrobou cementu. Podle údajů NASA CO2 v atmosféře vydrží 300 - 1000 let. To znamená, že CO2, který vypustíme dnes, ovlivní klima na stovky let dopředu. Na skleníkovém efektu se podílí v rozsahu 9-26 %. Od roku 1750 se obsah CO2 v atmosféře zvýšil o 47 %.
• Methan je plyn, který přirozeně vzniká rozkladnými procesy v mokřadech a v přírodě nebo činnostmi člověka - chovem dobytka, pěstováním rýže nebo na skládkách. Na skleníkovém efektu má methan podíl v rozsahu 4-9 %. Potenciál metanu oteplovat atmosféru je navíc 80x vyšší, než jaký má CO2. Molekula metanu zůstává v atmosféře pouze přibližně desetiletí, na rozdíl od molekuly CO2, která může existovat stovky let.
• Ozón se na skleníkovém efektu podílí v rozsahu 3-7 %. Jeho přítomnost v atmosféře je žádoucí, protože nepropouští UV záření. Na rozdíl od většiny ostatních plynů se nachází ve stratosféře, tedy výše než ostatní skleníkové plyny.
• Oxid dusný - jde o velmi silný skleníkový plyn. Doba setrvání plynu v atmosféře je 114 let a ve stoletém horizontu je zhruba 300x silnější skleníkový plyn než CO2. Dvě třetiny jeho emisí do atmosféry jsou přirozené a zbylou třetinu vnáší do atmosféry člověk vlivem používání dusíkatých hnojiv a emisemi ze spalovacích motorů.
• Chlor-fluorované a hydrochlorofluorované uhlovodíky jsou známé také jako tvrdé a měkké freony. Tyto látky jsou umělého původu, přirozeně se na Zemi nevyskytují. Používaly se dříve jako chladiva do ledniček a klimatizací, plnidla plastů či izolanty. Jsou známé hlavně jako plyny narušující ozónovou vrstvu, jsou ale i velmi silné skleníkové plyny.

Proč nejsou k dispozici přesná čísla? Protože roli jednotlivých plynů nejde přesně určit a jejich podíly nelze jednoduše sčítat. Vše ovlivňují tzv. absorpční pásy - tedy části spektra tepelného záření, které jednotlivé plyny pohlcují - se totiž často vzájemně překrývají.

Čtěte také: Dobrodružství s albatrosy v knihách

Koloběh uhlíku

Oxid uhličitý je jednou z forem, v jaké se na Zemi vyskytuje klíčový organický prvek - uhlík. Ten je aktivním účastníkem řady procesů na zemském povrchu. Neustále putuje oběma směry mezi jednotlivými sférami Země, včetně atmosféry. Během těchto cest dochází k chemickým procesům, kdy se uhlík dostává do jiných sloučenin, nejen do CO2.

Rostliny i živočichové vážou uhlík ve své biomase. Během svého růstu odčerpávají uhlík z atmosféry a tím rostou. Každá rostlina, zvíře, ale i sám člověk je tak zásobárnou uhlíku. Rostlina je po odumření rozkládána organismy, které díky dýchání vrací uhlík zpět do atmosféry v podobě CO2, ale také ho ukládají v půdě. Za vhodných podmínek se zbytky organismů pomocí geologických procesů postupně přemění na uhlí či ropu a na dlouhou dobu uloží pod zem. Takové zásoby uhlíku pak známe jako ropu, plyn a uhlí.

Důležitá je role oceánu - oxid uhličitý se do něj rozpouští v chladných vodách kolem pólů. Zde se reakcí s vodou přeměňuje na kyselinu uhličitou a okyseluje tak celé oceány. Naopak v teplých tropických vodách se do atmosféry zase uvolňuje. Z toho vyplývá, že postupné oteplování oceánů může snížit jejich schopnost pohlcovat uhlík a tím nás přivést do spirály výrazného růstu koncentrací v atmosféře a následně oteplování. Velká část je spotřebována podmořskými organismy, zejména mořskými řasami, které se vyskytují zejména v chladných vodách. V podstatném množství se také ukládá na dně oceánů do sedimentů na dně oceánských pánví. Celkově se díky změnám v posledních dvou staletích množství rozpuštěného uhlíku v oceánech dost zvýšilo.

Toky uhlíku na Zemi jsou přirozené a velmi vysoké. Rovnováha mezi přísunem a odběrem uhlíku z atmosféry je však velice křehká a v minulosti Země byla často narušována přirozenými procesy. Množství uhlíku v atmosféře kolísalo a ruku v ruce s tím kolísaly i teploty. Lidská činnost se na koloběhu uhlíku též podepsala, a to významně od 19. století. Zejména tím, že hluboko uložený a od atmosféry izolovaný uhlík začala těžit ve formě ropy a uhlí, pálit a tím uhlík uvolňovat do atmosféry, k čemuž by přirozenou cestou nedošlo.

Kromě toho lidé způsobili odlesnění části Země, díky čemuž se uhlík již nemůže v takové míře vázat v biomase, jako dříve. Hluboký les váže více uhlíku než rozorané pole.

Čtěte také: Více o rizicích v přírodě

Zdroje uhlíku

Toto téma bude naprosto zásadní pro pochopení toků oxidu uhličitého. Jeho množství budeme uvádět v gigatunách uhlíku (GtC, Gigatons of carbon) - jedna gigatuna se rovná jedné miliardě tun.

• 38 000 GtC je obsaženo ve vodách moří a oceánů. Uhlík v moři je ve velké míře součástí CO2 rozpuštěného ve vodě, podobně jako v minerálce. Pouze 1 000 GtC se nachází ve svrchních vrstvách moří a oceánů, které se účastní výměny s atmosférou.
• 2300 GtC se nachází v půdě a to jak v anorganické podobě, tak v organické podobě jako např.
• 800 GtC najdeme v atmosféře a to hlavně ve formě oxidu uhličitého.
• Posledním důležitým zásobníkem je biosféra, tedy rostliny a živočichové. Drtivý podíl uhlíku v ní je uložen v rostlinách, obzvláště ve stromové vegetaci.

V historii člověk pro rozvoj své civilizace potřeboval více a více jídla a energie, které získával zemědělstvím a odlesňováním. Do 18. století se jednalo o malé množství, které nemělo výrazný vliv na uhlíkový cyklus na Zemi.

Spalováním fosilních paliv a výrobou cementu člověk vzal uhlík, který by jinak zůstal uložený v zemi a ve formě CO2 jej vypustil do atmosféry. Dobrá zpráva je, že ne všechen CO2 v atmosféře zůstává. Zhruba 1/3 pohlcuje vegetace, 1/3 oceány a 1/3 v atmosféře zůstává.

Důkazy o původu nárůstu CO2 v atmosféře

Mohli byste namítnout: „To by ale mohl říct každý. Kde máš nějaké důkazy?“. Nejdříve si musíme vysvětlit, co to jsou izotopy. Víme, že prvek se skládá z jádra atomu, ve kterém jsou protony a neutrony. Počet protonů rozhoduje o tom, o jaký prvek se jedná. Kyslík má vždy 8 protonů, uhlík 6 protonů, dusík 7 protonů atd. Počet neutronů u daného prvku se ale může lišit. Uhlík na Zemi se nachází ve třech formách: C-12, C-13, C-14. Uhlík má vždy 6 protonů a může mít v jádru k tomu 6, 7 nebo 8 neutronů. Číslo za písmenem C vždy značí součet protonů a neutronů v jádru uhlíku. Důležitý je pro nás izotop C-14.

Uhlík C-14 je radioaktivní, má poločas rozpadu zhruba 5 700 let, tzn. že za tuto dobu se jej polovina rozpadne na jiný prvek. Uhlík C-14 vzniká přeměnou z plynného dusíku díky záření z kosmu ve vyšších vrstvách atmosféry. Vzniká tedy v malém množství, zato ale stále. Tento uhlík je pro vědu velmi důležitý např. při datování stáří objevených fosilií.

Čtěte také: Inspirace pro svatbu v přírodě

Na to nám odpoví tento graf, který nám ukazuje změnu poměrného zastoupení uhlíku C-14 mezi ostatními izotopy uhlíku. Vidíme, že jeho poměrné množství vůči zbývajícím izotopům klesá. Nenechme se ale mýlit, množství uhlíku C-14 je v čase víceméně stálé, to jen množství ostatních izotopů narůstá.

Nyní se zamysleme nad tím, jaké uhlíkové zásobníky v sobě mají uhlík tak chudý na izotop C-14. Toto ochuzení logicky vzniká s časem, protože čím je daný zásobník starší, tím je v něm uhlíku C-14 méně. Tato skutečnost jako původce nárůstu CO2 v atmosféře vylučuje zásobníky jako vegetaci, moře a půdu, protože v nich dochází k pravidelné výměně uhlíku s atmosférou a uhlík C-14 v nich najdeme. Naopak nás utvrzuje v tom, že tento nárůst musel být způsobem přesunem uhlíku z velice starých zdrojů.

Na tomto grafu od vidíme průběhy koncentrací oxidu uhličitého a kyslíku v atmosféře v posledních desítkách let. Jejich průběhy nejsou hladké, každoročně se lehce vlní. Ale zpět k dlouhodobým trendům. To, že koncentrace oxidu uhličitého rostou nás již nepřekvapí. Na modré křivce však vidíme pokles koncentrací kyslíku o cca 120 ppm za 30 let. V jednotkách ppm se tento pokles špatně představuje, ale rámcově se jedná o více než 100 000 km3 kyslíku.

Odpověď zní, že byl spotřebován při spalování fosilních paliv. To víme nejen kvůli znalosti, že ke spalování je nutný kyslík, ale také kvůli izotopovému složení vzniklého CO2. Jak již víme z minulého článku, zdroj nárůstu množství CO2 v atmosféře musí být velmi starý díky nízkému zastoupení uhlíku C-14.

Spalování fosilních paliv tedy jako jediný uhlíkový zásobník odpovídá oběma podmínkám - izotopové složení uhlíku a schopnost odebírat kyslík z atmosféry. Body na levé straně grafu reprezentují naměřené hodnoty koncentrací kyslíku a oxidu uhličitého mezi lety 1990-2000. Tyto hodnoty velmi dobře kopírují naši představu o tom, jak člověk spaluje fosilní paliva a jak oxid uhličitý interaguje s oceánskou vodou a vegetací. U těchto dějů známe jejich chemii a ze známého množství spáleného paliva jsme schopni odhadnout změny koncentrací kyslíku a oxidu uhličitého v atmosféře.

Zde ještě vyvrátíme jeden mýtus, který se často v debatách o změně klimatu objevuje. Sopky sice vypouštějí CO2, nejsou však schopny snižovat množství kyslíku v atmosféře. Navíc sopky v současnosti emitují mezi 130-380 milionů tun CO2 ročně oproti více než 36 miliardám tun CO2 vypuštěných lidskou civilizací, tedy méně než 1 %.

tags: #kde #se #v #přírodě #bere #CO2

Oblíbené příspěvky:

• Síran hořečnatý: Co potřebujete vědět
• Italské hranice bez kontrol
• Zimní péče o slepice
• Aktuální informace o poplatcích za odpad
• Kniha o vermikompostu